山东科技大学机械设计A卷

山东科技大学2011—2012学年
机械设计 A卷
一、填空题（每空1分，共20分）
1、一般地讲，设计机械零件大致有以下基本要求避免在寿命期内失效的要求、结构工艺性
要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。

2、螺纹的公称直径是指螺纹的__大径_____，强度计算时用螺纹的_小径______，计算螺纹升
角时用___中径_____。

3、在键联接中，普通平键的工作面是__侧面______，楔键的工作面是__上下两面_______，
半圆键的工作面是_____侧面_____。

4、带传动工作时带中产生___拉应力______、弯曲应力_________、__离心应力
________三种应力。

最大应力发生在带的紧边绕上小带轮处。

5、按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三种。

自行车
前轴属于心轴。

6、制动器在机器中使速度降低以至于停止运转。

7、齿轮传动的设计准则通常是齿面接触疲劳强度准则和齿根弯曲
疲劳强度准则。

二、选择题（每题1分，共10分）
1．在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的是__ A______。

A 三角形螺纹
B 梯形螺纹
C 锯齿形螺纹
D 矩形螺纹
2．对于气缸盖螺栓组联接，若汽缸内的气体压力在0 ~ 2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为____C______。

A 对称循环
B 脉动循环
C 非对称循环
D 非稳定循环
3．温度升高时润滑油的粘度____A______。

A 随之降低
B 保持不变
C 随之升高
D 不确定
4．两相对滑动的接触表面，依靠吸附膜进行润滑的状态称为___A____。

A 干摩擦
B 边界摩擦
C 混合摩擦
D 液体摩擦
5．零件表面经淬火、渗碳、喷丸、碾压等处理后，其疲劳强度___C_____。

A 降低
B 不变
C 增高
D 不能确定
6．两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__A___。

A 相等
B 不相等
C 是否相等与材料的性质有关
7．在下列轴毂联接中，定心精度最高的是_D_____。

A 平键联接
B 半圆键联接
C 楔键联接
D 花键联接
8．带传动发生滑动时____A____。

A 首先发生在小带轮上
B 首先发生在大带轮上
C 在大、小轮上同时发生
9．链条的磨损主要发生在___B____。

A 滚子与套筒的接触面上
B 销轴与套筒的接触面上
C 滚子与链轮齿的接触面
10．齿轮传动中，将轮齿加工成鼓形齿的目的是__B____。

A 减小动载荷
B 改善载荷沿齿向分布不均匀
C 提高传动精度
三、简答题（每题5分，共20分）
1、影响螺纹联接强度的因素有很多，通常提高螺纹联接强度的措施有哪些？
答：a) 降低螺栓总拉伸载荷F a的变化范围。

b) 改善螺纹牙间的载荷分布。

c) 减小应力集中。

d) 避免或减小附加应力
2、在机械设备中滑动轴承主要用于哪些地方？
答：在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，即轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通讯地面站、天文望远镜以及各种仪表中
3、如果一台机器中的传动机构中有齿轮传动、带传动、链传动，应如何布置？为什么？
先是带传动，再就是齿轮传动，最后是链传动。

因为带传动能起到过载保护的作用，且传动平稳，无冲击振动，能保证齿轮传动的精度和质量，链传动能承受比较大的载荷，传动多城中产生动载荷，这样能充分发挥各自的优势，提高传动质量，延长使用寿命。

4、蜗轮蜗杆传动中，如何选择蜗杆头数和蜗轮齿数？为什么？
蜗杆的头数越少，传动比可以越大，但是效率越低，通常有自锁性。

为了提高传动效率，，通常是增加蜗杆的头数，但加工困难。

因此，综合考虑各种因素，蜗杆的头数通常取1、2、4、6。

为了避免用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使齿数不小于17。

但当齿数小于26时，啮合区要显著减小，将影响传动的平稳性。

只有当齿数大于28时，则可始终保证有两对以上的齿参与啮合。

但是，齿数一般不大于80。

这是由于当蜗轮直径不变时，齿数越多，模数越小，将使轮齿弯曲强度削弱；当模数不变时，齿数越多，尺寸越大，使相啮合的蜗杆支撑间距加长，这将降低蜗杆的弯曲刚度，容易产生挠曲而影响正常啮合。

故蜗杆传动中蜗轮的齿数不宜太少也不宜太大。

四、计算题（50分）
1、分析题：如图所示为二级斜齿圆柱齿轮减速器。

已知齿轮1的螺旋方向和轴Ⅲ上的转向，齿轮2的参数m n=3mm,z2 =57,β2 =140;齿轮3的参数m n=5mm,z3 =21。

试求：
1、）为使轴Ⅱ所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并指出齿轮2应选取的螺旋线方向；
2、）用图示标出齿轮2、3所受各分力的方向；；
3、）若使轴Ⅱ上轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角β3应取多大值？（15分）
1）、齿轮3的螺旋线方向是右旋 齿轮2的螺旋线方向是右旋。

2）、受力如图所示 3）、若使轴2轴承不受轴向力， 则 32a a F F =
而 333222t a n ,t a n ββt a t a F F F F == 所以：3322tan tan ββt t F F = 略去摩擦损失，由转矩平衡条件得2
2332
2
d F d F t t = 所以：22223
332232323tan cos /cos /tan tan tan ββββββz m z m d d F F n n t t ===
得： 1485.014sin 57
321
5sin sin 222333=⨯⨯==οββz m z m n n '''0334238=β
2、如图所示，一厚度δ=12mm 的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm 的铸铁支架上，螺栓材料为Q235，[σ]=95MPa ， [τ]=96MPa ，结合面摩擦系数f =0.15，可靠性系数K f =1.2，载荷
F ∑=12000N ，尺寸l =400mm ，a =100mm 。

试确定采用铰制孔用螺栓（假定按剪切强度设计即
可符合要求）联接时的螺栓直径；若采用普通螺栓联接，试计算螺纹小径应满足的条件。

（15分）
1）F ∑载荷等效到联接形心处为
F ∑ =12000N T=12000*400=4800000N.mm 2)在F ∑作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F 1
N N
Z F F 30004
120001===
∑
3)在T 作用下每个螺栓上所承受的横向载荷F 2
N N Z F 28.48582
10040004800R T 2=⨯⨯==
4) 每个螺栓上所承受的总横向载荷F
5）若是铰制孔用螺栓，根据[]τπ
τ≤=
20
4
d F
得出：
[]
mm F
d 98.1196
65
.10816440=⨯⨯=
≥
πτπ
若是普通螺栓，根据R s F K i fZF ≥0得出：
N fZi
KF F 3.216331
415.065
.108162.10=⨯
⨯⨯=
≥
计算螺栓的小径
N
COS F F F 65.10816452F F 0212221=++=
[]
mm mm F d 41.3495
3
.216333.143.140
1=⨯⨯=
⨯⨯≥
σ
3、如图所示轴系结构，请找出不合理之处并加以改正。

（10分）
（1）两个轴承端盖外圆外侧应倒角；
（2）两个轴承端盖与箱体接触面应有调整垫片； （3）箱体上与端盖的接触面之外的外表面应低一些； （4）轴端太长，可与轴承左端平齐或略长； （5）该段轴径太大，不应超出轴承内圈； （6）齿轮和轴之间的键太长；
（7）与齿轮配合的轴径长度应比齿轮宽度小； （8）该轴套太厚，不应超出轴承内圈；
（9）透盖与轴之间应有间隙，应有密封毡圈； （10）联轴器与透盖不能直接接触；
（11）联轴器与轴间应有轴肩定位，与其配合段轴径应减少； （12）联轴器与轴间的键联接应与其他键在一条线上； （13）轴右端面不应超出联轴器端面，应缩进去1～2mm ； （14）联轴器上外圆及左端面内外圆均有倒角；
4、一双排滚子链传动，已知链节距p=25.4mm ，单排链传递的额定功率p 0=16KW ，小链轮齿数z 1=19，大链轮齿数z 2=65，中心距约为800mm ，小链轮转速n 1=400r/min ，载荷平稳。

小链轮齿数系数K Z =1.11，链长系数K L =1.02，双排链系数K P =1.7，工作情况系数K A =1.0。

试计算： （1）该链传动能传递的最大功率； （2）链条的长度。

（10分） （1）由Pca=K A ⨯P ，P 0=Pca/K L K P K Z 可得：
P=P 0K L K P K Z /K A =16⨯1.02⨯1.7⨯1.11/1.0=30.8KW
（2）
106)2(2221221=-+++=
a
p z z z z p a L p πmm
p L L p 4.2692==。